Представете си проблем: двама души изчезнаха в гората. Единият е все още подвижен, другият лежи на място и не може да се движи. Известна е точката, където са били забелязани за последно. Радиусът на търсене около него е 10 километра. Това води до площ от 314 km2. Имате десет часа за търсене с помощта на най-новите технологии.
Когато чух условието за първи път, си помислих: „пфф, задръж ми бирата.“ Но тогава видях как напредналите решения се препъват във всичко, което е възможно и невъзможно да се вземе предвид. , как около 20 инженерни екипа се опитаха да решат десет пъти по-прост проблем, но го направиха на границата на възможностите си и само четири екипа успяха. Гората се оказа територия на скрити капани, където съвременните технологии са безсилни.
Тогава беше само полуфиналът на състезанието "Одисей", организирано от благотворителната фондация "Система", чиято цел беше да разбере как да модернизира търсенето на изчезнали хора в дивата природа. В началото на октомври финалът му се проведе в района на Вологода. Четири отбора бяха изправени пред една и съща задача. Отидох на сайта, за да наблюдавам един от състезателните дни. И този път карах с мисълта, че проблемът е нерешим. Но никога не съм очаквал да видя Истински детектив за ентусиасти на електрониката „Направи си сам“.
Тази година сняг заваля рано, но ако живеете в Москва и се събудите късно, може да не го видите. Това, което не се стопи само, ще бъде разпръснато сто процента от работниците. Струва си да шофирате седем часа от Москва с влак и още няколко часа с кола - и ще видите, че зимата всъщност е започнала отдавна.
Финалът се проведе в Сямженски район близо до Вологда. В близост до гората и село от три къщи и половина организаторите на Одисеята разположиха полеви щаб - големи бели палатки с топлинни пистолети вътре. Три екипа вече са извършили претърсвания в предишните дни. Никой не говори за резултатите; те бяха под NDA. Но по израженията на лицата им личеше, че никой не се е справил.
Докато последният екип се подготвяше за теста, останалите участници изложиха оборудването си на улицата за красиви кадри от местната телевизия, показвайки и обяснявайки как работи. Екипът на Находка от Якутия дрънкаше маяците толкова силно, че интервюиращите журналисти трябваше да спрат.
Те бяха направили теста предишния ден и бяха изложени на възможно най-лошото време. Сняг и поривист вятър попречиха дори на изстрелването на дрона. Много маяци не можаха да бъдат поставени, защото транспортът се повреди. И когато най-после едно от устройствата заработи, се оказа, че вятърът е съборил дърво и то е смазало бутона. Екипът обаче се следи с любопитство, защото са най-опитните търсачи.
— Целият ми екип е ловец. Дълго време чакаха първия сняг. Те ще видят следите на всяко животно, сякаш ще го настигнат. Трябваше да ги огранича като кучета пазачи“, разказва Николай Находкин.
Разресвайки гората пеша, те вероятно биха могли да намерят следа от човек, но нямаше да се отчетат като такава победа - това е технологично състезание. Затова те разчитаха само на звуковите си маяци с мощен, пронизителен звук.
Наистина уникален уред. Ясно е, че е направен от хора с богат опит. Технически е много просто - това е обикновен пневматичен wah с модул LoRaWAN и разгърната върху него мрежа MESH. Чува се на километър и половина в гората. При много други този ефект не се проявява, въпреки че нивото на звука е приблизително еднакво за всички. Но правилната честота и конфигурация дават такива резултати. Аз лично записах звук на разстояние около 1200 метра с много добро разбиране, че това наистина е звук от сигнал.
Те изглеждат най-малко технологично напреднали и в същото време имат най-простото, най-надеждното и много ефективно решение, да кажем, но със своите собствени ограничения. Не можем да използваме тези устройства, за да намерим човек в безсъзнание, тоест тези продукти са приложими само в много тесен кръг от ситуации.
- Никита Калиновски, технически експерт на състезанието
Последният от четирите екипа, работещи през деня, беше MMS Rescue. Това са обикновени момчета, програмисти, инженери, инженери по електроника, които никога преди не са правили изследвания.
Тяхната идея беше да разпръснат стотина или две малки звукови маяци над гората с помощта на няколко самолетни дрона. Те се свързват в една мрежа, където всяко устройство е ретранслатор на радиосигнал, и започват да издават силен звук. Изгубеният човек трябва да го чуе, да го намери, да натисне бутон и по този начин да предаде сигнал за местоположението си.
В този момент дроновете правят снимки. Есенната гора е почти прозрачна през деня, така че екипът се надява да забележи човек, който лежи на снимката. В базата имаха обучена невронна мрежа, през която пускаха всички снимки.
На полуфиналите MMS Rescue разпръсна маяци с конвенционални квадрокоптери - това беше достатъчно за четири квадратни километра. За да покриете 314 km2, имате нужда от армия от хеликоптери и вероятно няколко точки за изстрелване. Затова на финала те се обединиха с друг отбор, който преди това беше отпаднал от състезанието, и използваха своя самолет Албатрос.
Претърсването трябваше да започне в 10 часа сутринта. Пред него в лагера имаше страшна суматоха. Журналисти и гости се разхождаха, участниците носеха оборудване за технически преглед. Тяхната тактика да засяват гората с маяци престана да изглежда преувеличена, когато донесоха и разтовариха всички маяци - почти петстотин от тях.
— Всеки от тях е базиран на Arduino, колкото и да е странно. Нашият програмист Борис направи невероятна програма, която контролира всички прикачени файлове, казва Максим, член на MMS Rescue, „Имаме LoRa, платка по наш собствен дизайн с прикачени файлове, MOSFET, стабилизатори, GPS модул, акумулаторна батерия и 12 V сирена.
Всеки фар струва около 3 хиляди, въпреки факта, че момчетата имаха всяка рубла в сметката си. Имаше само два месеца за разработка и производство. За повечето членове на екипа проектът MMS Rescue не е основната им дейност. Затова се върнаха от работа и се подготвяха до късно през нощта. Когато частите пристигнаха, те сами ръчно сглобиха и запоиха цялото оборудване. Но техническият експерт на състезанието не беше впечатлен:
„Най-малко ми харесва тяхното решение.“ Имам големи съмнения, че тогава ще съберат тристата фара, които донесоха тук. Или по-скоро как - ще ги принудим да се съберат, но не е факт, че ще работи. Самото търсене най-вероятно ще работи, ако бъде заредено с такова количество, но не ми хареса нито конфигурацията на падане, нито конфигурацията на самите маяци.
— Технологията Beacon намалява броя на километрите, изминати с крака. Маяците, които ще бъдат разпръснати сега, предполагат по-нататъшен преход през гората за събиране. И това ще бъде разстояние, което не намалява количеството човешки труд. Тоест самата технология е наред, но може би трябва да измислим тактика как да я разпръснем, за да бъде по-лесно да я съберем по-късно, казва Георгий Сергеев от Liza Alert.
На двеста метра от лагера екипът на дроновете постави стартова площадка. Пет самолета. Всеки излита с прашка, носи четири маяка на борда, разпръсква ги за около 15 минути, връща се и каца с парашут.
Изчезнали ловци
След началото на претърсването лагерът започна да се изпразва. Журналистите си тръгнаха, организаторите се разпръснаха по палатките. Реших да остана цял ден и да наблюдавам как ще работи отборът. Някои от участниците все още участваха в наблюдението на дроновете, докато други се качиха в колата и потеглиха през гората, за да поставят ръчно маяци по пътищата. Максим остана в лагера, за да наблюдава как се разгръща мрежата и да получава сигнали от маяците. Той ми разказа повече за този проект.
„Сега наблюдаваме как се разгръща мрежата от маяци, виждаме маяците, които се появиха в мрежата, какво се случи с тях, когато ги видяхме за първи път, и какво се случва сега, виждаме техните координати. Таблицата се попълва с данни.
— Седим ли и чакаме сигнал?
— Грубо казано, да. Просто никога досега не сме разпръсквали 300 маяка. Така че гледам как мога да използвам данните от тях.
- На какво основание ги разпръсквате?
„Имаме програма, която анализира терена и изчислява къде да пуснем маяци. Тя има свой собствен набор от правила - така че тя гледа в гората и вижда пътека. Първо, тя ще предложи да хвърли маяци по него, а след това ще отиде в гората, защото колкото по-дълбоко е, толкова по-малко вероятно е човек да е там. Това е практика, огласена от спасителни екипи и изгубени хора. Наскоро прочетох, че изчезнало момче е открито на 800 метра от дома му. 800 метра не са 10 км.
Затова първо гледаме възможно най-близо до вероятната зона за влизане. Ако човек е попаднал там, най-вероятно е все още там. Ако не, тогава все повече ще разширяваме границата на търсене. Системата просто расте около вероятната точка на човешко присъствие.
Тази тактика се оказа противоположна на тази, използвана от опитни търсачки от Находка. Напротив, те изчислиха максималното разстояние, което човек може да измине от входната точка, поставиха маяци около периметъра и след това затвориха пръстена, намалявайки радиуса на търсене. В същото време маяците бяха поставени така, че човек да не може да напусне ринга, без да ги чуе.
— Какво разработихте специално за финала?
- Много се промениха за нас. Проведохме много тестове, измерихме различни антени в горски условия и измерихме разстоянието на предаване на сигнала. В предишни тестове имахме три маяка. Пренасяхме ги пеша и ги прикрепяхме към стволовете на дърветата на малко разстояние. Сега тялото е пригодено за пускане от дрон.
Пада от височина 80–100 метра при скорост на полет на дрон 80–100 км/ч плюс вятър. Първоначално планирахме да направим формата на тялото под формата на цилиндър с стърчащо нагоре крило. Те искаха да поставят центъра на тежестта под формата на батерии в долната част на тялото, а антената да се издига автоматично, за да се постигне добра комуникация между маяците в горски условия.
- Но не са го направили?
— Да, защото крилото, в което вкарахме антената, силно пречеше на самолета. Така стигнахме до формата на тухла. Освен това те се опитаха да решат проблема с захранването, тъй като всеки елемент е тежък, необходимо е да се натъпче минималната маса в малък корпус, като същевременно се запази максималното количество енергия, така че фарът да не умре за един час.
Софтуерът беше подобрен. 300 маяка в една мрежа могат да се прекъсват един друг, така че направихме разстояние. Там има голяма комплексна задача.
Необходимо е нашите 12 V сирени да крещят както трябва, така че системата да живее поне 10 часа, така че Arduino да не се рестартира при включване на LoRa, така че да няма смущения от пищялката, защото има устройство за усилване, което дава 40 V от 12.
- Какво да правим с лъжлив човек?
— За съжаление никой не е дал надежден отговор на този въпрос. Изглежда по-разумно да търсите с кучета по миризмата покрай падналите дървета. Но се оказа, че кучетата намират много по-малко хора. Ако изгубен човек лежи някъде сред вятъра, теоретично той може да бъде сниман и разпознат от дрон. Ние управляваме два самолета с такава система, събираме данни във въздуха и ги анализираме в базата.
— Как ще анализирате снимките? Да видите всичко с очите си?
- Не, имаме обучена невронна мрежа.
- На какво?
- Въз основа на данни, които сами събрахме.
Когато полуфиналите преминаха, експертите казаха, че трябва да се свърши още много работа, за да се намерят хора с помощта на фотоанализ. Идеалният вариант е дронът да анализира изображения в реално време на борда с помощта на невронна мрежа, обучена на огромно количество данни. В действителност екипите трябваше да отделят много време за зареждане на кадрите на компютъра и още повече време за прегледа им, тъй като никой не разполагаше с наистина работещо решение по това време.
— Невронните мрежи вече се използват на някои места и те се разполагат както на персонални компютри, на дъски на Nvidia Jetson, така и на самите самолети. Но всичко това е толкова грубо, толкова недостатъчно проучено, казва Никита Калиновски, - както показа практиката, използването на линейни алгоритми в тези условия работи много по-ефективно от невронните мрежи. Тоест идентифицирането на човек по петно в изображението от термокамера с помощта на линейни алгоритми, базирани на формата на обекта, даде много по-голям ефект. Невронната мрежа не откри практически нищо.
— Защото нямаше какво да преподавам?
— Твърдяха, че преподават, но резултатите бяха изключително противоречиви. Дори не спорни - почти ги нямаше. Има подозрение, че или са били научени неправилно, или са били научени на погрешно нещо. Ако невронните мрежи се прилагат правилно при тези условия, тогава най-вероятно те ще дадат добри резултати, но трябва да разберете цялата методология на търсене.
— Наскоро стартирахме , казва Григорий Сергеев, „Докато бях тук на състезанието, това нещо намери човек в района на Калуга. Тоест тук е реалното приложение на съвременните технологии, наистина е полезно за търсене. Но е много важно да имате носител, който лети дълго време и ви позволява да избегнете размазването на вашите снимки, особено при зазоряване и залез, когато в гората практически няма светлина, но все пак можете да видите нещо. Ако оптиката позволява, това е много добра история. Освен това всички експериментират с термовизионни камери. По принцип тенденцията е правилна и идеята е правилна - въпросът с цената винаги е тревожен.
Три дни по-рано, в първия ден от финалите, търсенето беше извършено от екипа на Vershina, може би най-технологично напредналият сред финалистите. Докато всички разчитаха на звукови маяци, основното оръжие на този екип беше термокамерата. Намирането на пазарен модел, който е в състояние да даде поне някакви резултати, усъвършенстването и персонализирането му - всичко това беше отделно приключение. В крайна сметка нещо се получи и чух ентусиазирани шепоти за това как бобър и няколко лоса са намерени в гората с термовизионна камера.
Много ми хареса решението на този екип именно по отношение на идеологията - момчетата търсят с помощта на технически средства, без да включват сухопътни сили. Имаха термокамера плюс трицветна камера. Търсиха само с листовки, но намериха хора. Няма да кажа дали са намерили този, който им трябва или не, но са намерили и хора, и животни. Сравнихме координатите на обекта от термокамерата и обекта от трицветната камера и установихме, че е точно от две изображения.
Имам въпроси относно изпълнението - синхронизацията на термовизионна камера и камера е направена небрежно. В идеалния случай системата би работила, ако имаше стерео двойка: една монохромна камера, една трицветна камера, термовизионна камера и всички работят в една система за време. Тук не беше така. Камерата работеше в една система, термовизионната камера в отделна и заради това се натъкнаха на артефакти. И ако скоростта на флаера беше малко по-висока, това вече щеше да даде много силни изкривявания.
- Никита Калиновски, технически експерт на състезанието
Григорий Сергеев се изказа най-категорично за термовизионните камери. Когато го попитах за мнението му по този въпрос през лятото, той каза, че термовизионните камери са просто фантазия и за десет години групата за издирване не е намерила никой да ги използва.
— Днес виждам спад в цените и появата на китайски модели. Но въпреки че все още е изключително скъпо, изпускането на такова нещо е два пъти по-болезнено от самия дрон. Топлинна камера, която може да покаже нещо прилично, струва повече от 600 хиляди. Вторият Mavic струва около 120. Освен това дрон вече може да покаже нещо, но термовизионната камера изисква специфични условия. Ако за една термокамера можем да купим шест Mavics без термокамера, естествено ще действаме като Mavics. Няма смисъл да си фантазираме, че ще намерим някой под короните - няма да намерим никого, короните не са прозрачни за оранжерията.
Докато обсъждахме всичко това, в лагера нямаше много активност. Дроновете излитат и кацат, някъде в далечината гората е обрасла с маяци, но от тях не се получават сигнали, въпреки че половината от определеното време вече е минало.
На шестия час забелязах, че момчетата започнаха активно да говорят по уоки-токита, Максим седна на компютъра, много разтревожен и сериозен. Опитах се да не се натрапвам с въпроси, но след няколко минути той се приближи до мен и тихо изруга. Дойде сигнал от фаровете. Но не от един, а от няколко наведнъж. След известно време сигналът SOS е подаден от повече от половината блокове.
В такава ситуация бих си помислил, че това са проблеми със софтуера - една и съща механична повреда не може да се появи едновременно на толкова много устройства.
— Проведохме тестовете двеста пъти. Нямаше проблеми. Не може да е софтуер.
След няколко часа базата данни се напълни с фалшиви сигнали и куп ненужни данни. Ако поне един от маяците беше активиран при натискане, Макс нямаше представа как да го определи. Той обаче седна и започна ръчно да преглежда всичко, което идваше от устройствата.
Теоретично един наистина изгубен човек може да намери маяка, да го вземе със себе си и да продължи напред. Тогава може би момчетата щяха да засекат движение на една от единиците. Как ще се държи статист, изобразяващ изгубен човек? И него ли ще вземе или ще отиде в базата без апарата?
Към шест часа момчетата, които работеха по дрона, дотичаха в централата. Те свалили снимките и на една от тях открили много ясни следи от човек.
Следите вървяха в тънка линия между дърветата и бяха скрити извън снимката. Момчетата погледнаха координатите, сравниха снимката с картата и видяха, че се намира в самия край на зоната на полета им. Следите отиват на север, там, където дронът не е летял. Снимката е направена преди повече от пет часа. Някой по радиото попита колко е часът. Те му отговориха: "Сега е времето на нашето бягство."
Макс продължи да рови в базата данни и откри, че всички маяци започнаха да бипкат едновременно. Имаха вградено нещо като отложено активиране. За да предотвратите работата на бутона по време на полет и падане, той беше деактивиран по време на доставката. Тоест фарът трябваше да оживее и да започне да издава звуци половин час след отплаването. Но заедно със задействането се включи и SOS сигналът за всички.
Момчетата извадиха няколко маяка, които нямаха време да изпратят, разделиха ги и започнаха да преглеждат цялата електроника, опитвайки се да намерят какво може да се е объркало. И много може да се обърка. Когато електрониката беше тествана, тя все още не беше опакована в корпус, който може да издържи нулиране. Решението беше намерено доста късно, така че няколкостотин маяка бяха сглобени на ръка в последния момент.
По това време Макс ръчно преглеждаше всички съобщения от маяците в базата данни. Оставаше един час до края на търсенето.
Всички бяха нервни, аз също. Накрая Макс излезе от палатката и каза:
— Напишете там в статията си, за да не забравите никога да прегледате.
След като разглобиха няколко маяка, момчетата се закачиха за теорията. Тъй като корпусът на маяците се появи много късно, цялата електроника трябваше да бъде опакована по-компактно от планираното. И поради факта, че времето изтичаше, момчетата нямаха време да екранират проводниците.
Няколко минути по-късно базата данни откри сигнал от устройство, което работи много по-късно от останалите. Този фар не беше доставен в гората с дрон, момчетата го донесоха сами и го завързаха на дърво до един от пътищата. Сигналът дойде от него в два и половина, а сега часовникът беше вече осем и половина. Ако бутонът наистина е бил натиснат от статист, то поради шума сигналът от него не може да бъде разпознат няколко часа.
Въпреки това момчетата се оживиха, бързо записаха координатите на фара и времето за активиране и веднага хукнаха да запишат находката.
Имаше много залог и технически експерти бяха скептични към находката. Как може да има такъв, който наистина да работи сред куп счупени маяци? Момчетата набързо се опитаха да обяснят.
- Да направим крачка назад. Смяната на кутията причини ли вашите сигнали да спрат да работят след падане?
- Не със сигурност по този начин.
— Свързано ли е с корпуса?
— Това се дължи на факта, че SOS бутонът е работил преди момента, в който е трябвало да работи.
— Беше ли активиран, когато падна?
- Не когато паднеш, а когато изгасне звуковият сигнал. Звуковият сигнал даде пик-пик, 12 V беше преобразуван в 40 V, на проводника беше подаден сигнал и нашият контролер реши, че бутонът е натиснат. Това все още са спекулации, но много приличат на истината.
- Много странно. Тя не може да дава такива съвети. Силно се съмнявам. Причината за фалшивите положителни резултати от гледна точка на дизайна на веригата?
„Сега ще обясня, просто е.“ Преди това тялото беше по-широко и разстоянието между елементите беше по-голямо. В момента някои кабели, включително и този от бутона, минават точно до това нещо.
- Това трансформатор ли е?
- да И не само с него. Повишава се с 40 V, това е увеличение. Наблизо има и 1 W антена. По време на предаването получаваме определено съобщение и веднага то преминава в състояние SOS.
— Как вашият бутон е свързан с процента?
— Те просто го окачиха на GPIO, като дъното беше затегнато.
— Закачил си копчето директно на порта, дръпнал си го и всеки сигнал, който мине през него, веднага скача нагоре, нали?
- Ами излиза така.
- Тогава изглежда вярно.
„Също така вече разбрах, че трябваше да го дръпна погрешно.“
— Опитахте ли да опаковате проводниците с фолио?
- Опитахме. Имаме няколко такива маяка.
- Добре, видяхте, че когато сигналите минават през зумера и когато сигналът минава през антената, вие...
- Не със сигурност по този начин. Не когато звучи зумерът, а когато дойде моментът за активиране на маяка. Копчето е отрязано, за да не се притисне случайно към клон или нещо друго, когато летите със самолет. Има известно забавяне във времето. Когато дойде моментът да го включите, да активирате бутона, целият фар се включва, все едно са му спрели тока. Няма забавяне, нищо, всички елементи започнаха да се издигат и да работят веднага и в този момент бутонът се активира.
- Защо тогава всички не работят така?
- Защото има грешка.
- Тогава следващият въпрос. Колко продукта са имали фалшиви аларми? Повече от половината?
- Повече ▼.
— Как откроихте един от тях, който подадохте като координати на изчезналия?
„Нашият капитан закара кола до най-вероятните зони и ръчно разпредели маяците. Той взе кутия, която съдържаше отделна партида маяци, и всъщност подреди тези маяци, които нямаха такава грешка. Анализирахме данните, които събрахме, изолирахме всички, които не са започнали да викат SOS в момента, в който трябва да се активира, и отидохме до маяка, който започна да вика SOS много по-късно от 30 минути.
— Признаваш ли, че в началото не е имало фалшив положителен резултат, а след това може да се появи?
— Ами, знаете, той стоя неподвижен повече от 70 минути от момента, в който фарът беше съживен. Анализирахме координатите - това е недалеч от мястото, където според легендата се е появил човек.
Половин час преди края на издирването екипът най-накрая получи координатите на изчезналия. Изглеждаше като истинско чудо. В гората има планина от фарове, повече от половината са счупени. Дори по-лошо, половината от маяците от партидата, които бяха поставени ръчно, също се счупиха. А на територия от 314 квадратни километра, осеяна със счупени фарове, статистите намериха работник.
Просто трябваше да проверя това. Но отборът отиде да празнува евентуална победа и след единадесет часа на студа можех да напусна лагера със спокойствие.
На 21 октомври, около седмица след теста, получих прессъобщение.
Въз основа на резултатите от финалните тестове на проекта Odyssey, насочен към разработване на технологии за ефективно търсене на изчезнали хора в гората, интегрираната система от радиомаяци и безпилотни летателни апарати на екипа Stratonauts беше призната за най-доброто технологично решение. Всички разработки, представени на финала, бяха финализирани със средства от безвъзмездния фонд на Sistema в размер на 30 милиона рубли.
В допълнение към Стратонавтите, още два отбора бяха признати за обещаващи - „Находка“ от Якутия и „Вершина“ с техния термичен образ. „До пролетта на 2020 г. екипи, заедно със спасителните екипи, ще продължат да тестват своите технически решения, участвайки в издирвателни операции в Московска, Ленинградска област и Якутия. Това ще им позволи да прецизират решенията си за конкретни задачи за търсене“, пишат организаторите.
MMS Rescue не се споменава в прессъобщението. Координатите, които предадоха, се оказаха неверни - статистът не намери този маяк и не натисна нищо. Все пак това беше още един фалшив положителен резултат. И тъй като идеята за непрекъснато засяване на гората не намери отговор от експертите, тя беше изоставена.
Но Стратонавтите също не успяха да се справят със задачата на финала. Бяха най-добри и на полуфиналите. Тогава на площ от 4 квадратни километра екипът откри човек само за 45 минути. Въпреки това експертите признаха техния технологичен комплекс за най-добрия.
Може би защото тяхното решение е златната среда между всички останали. Това е балон за комуникация, дронове за геодезия, звукови маяци и система, която проследява всички търсещи и всички елементи в реално време. И като минимум тази система може да бъде взета и оборудвана с истински екипи за търсене.
„Търсенето днес е все още каменната ера с редки изблици на нещо ново“, казва Георги Сергеев, „Освен ако не използваме обикновени фенери, а светодиодни.“ Все още не сме на този етап, когато малките човечета от Boston Dynamics се разхождат из гората, а ние пушим в края на гората и чакаме да ни донесат изчезналата баба. Но ако не се движите в тази посока, ако не движите цялата научна мисъл, нищо няма да се случи. Трябва да вълнуваме обществото – трябват ни мислещи хора.
Източник: www.habr.com